DE2443026C2

DE2443026C2 - Demodulatorschaltung für AM-Signale

Info

Publication number: DE2443026C2
Application number: DE2443026A
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Fujisawa Kanagawa Ohsawa
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-09-09
Filing date: 1974-09-09
Publication date: 1984-08-02
Also published as: DE2443026A1

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Demodulatorschaltung für AM-Signale mit einem Gleichrichtertransistor, der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor hat, wobei die Basis und der Emitter Komponenten einer Eingangsschaltung sind, die ein Eingangssignal, welches gleichzurichten ist, empfängt, wobei der Kollektor und der Emitter Komponenten einer Ausgangsschaltung sind und wobei ein nichtlineares Element, über das ein Ausgangssigna] aus der Ausgangsschaltung auf die Basis rückgekoppelt wird, vorgesehen ist.

Herkömmliche, mit Transistoren versehene Demodulator- oder Gleichrichterschaltungen bestehen grundsätzlich aus einem Demodulatortransistor mit einer Basis, an welche das Eingangssignal über einen Kondensator angelegt wird, und einem Emitter, aus welchem das gleichgerichtete Signal gewonnen wird. Zusätzlich ist eine Gleichrichterdiode an die Basis des Demodulatortransistors angeschlossen mit einer Polarität, weiche jener des Basis/Emitter-Oberganges des Transistors entgegengesetzt ist. Die andere Anschlußklemme der Diodi ist mit einer Vorspannungsquelie in Form einer zweiten Diode verbunden, um eine Spannung zuzuführen, die dem Vorwärtsspannungsabfall an der Gleichrichterdiode entspricht. Das so erhaltene spannungsverdoppelte, gleichgerichtete Signal kann an der Emitterausgangsklemme der Schaltung abgegriffen werden.

Es ist bereits eine Demodulatorschaltung der eingangs betrachteten Art bekannt (US-PS 29 41 076). Bei dieser bekannten Demodulatorschaltung wird das Ausgangssignal vom Kollektor des verwendeten Gleichrichtertransistors auf dessen Basis mittels einer Widerstands-Dioden-Reihenschaltung rückgekoppelt Die betreffende bekannte Oemodulatorschaltung vermag zwar eine relativ hohe Spannungsverstärkung zu erzielen, und zwar bereits bei relativ niedrigen Eingangssignalpegeln. Die Abhängigkeit der erzielten gleichgerichteten Ausgangssignale bei den relativ niedrigen Eingangssignalpegeln ist jedoch nichtlinear, was zuweilen als unerwünscht angesehen wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Demodulatorschaltung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit einfachen Mitteln und bei einem verhältnismäßig geringen Kostenaufwand in der Lage ist, die Linearität des gleichgerichteten Ausgangssignals für den Fall, daß Eingangs .ignale mit relativ niedrigem Pegel zugeführt werden, zu erreichen.

Die Lösung dieser Aufgabe wird bei einer Demodulatorschaltung der eingangs genannten Art dadurch erzielt, daß das nichtlineare Element eine ZENER-Diode ist, die zwischen dem Kollektor und die Basis geschaltet ist und derart gepolt ist, daß sie nur dann leitend wird, wenn die Potentialdifferenz zwischen der Basis und dem Kollektor die ZENER-Spannung überschreitet.

Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß mit einem insgesamt relativ geringen schaltungstechnischen Aufwand die Linearität des gleichgerichteten Ausgangssignals für Eingangssignale mit relativ niedrigem Pegel erzielt ist.

Zweckmäßige Weiterbildungen des Gegenstands der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Im folgenden werden die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Transistor-Gleichrichterschaltung nach dem Stand der Technik:

F i g. 2 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform einer grundlegenden Gleichrichterschaltung;

F i g. 3 ein Ersatzschaltbild, welches der Schaltung nach F i g. 2 entspricht;

F i g. 4A eine Schaltung, die jener nach F i g. 2 gleichwertig ist und in einem Arbeitszustand dargestellt ist;

Fig. 4B eine Schaltung, welche jener nach Fig. 2 äquivalent ist, und unter dem entgegengesetzten Arbeitszustand dargestellt ist;

Fig.5 ein Wellenformbild eines gleichgerichteten Ausgangssignals der Schaltung nach F i g. 2;

F i g. 6 eine unterschiedliche Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Transistor-Gleichrichterschaltung;

F i g. 7 und 8 weitere erfindungsgemäße Ausführungsformen.

Die in F i g. 1 gezeigte Gieichrichterschaltung weist eine Eingangsldemme 1 auf, die mit einem Kondensator

2 verbunden ist Die Kathode der Diode 3 und die Basis eines Gleichriciiiertransistors 4 sind mit dem Kondensator 2 verbunden. Die Anode der Diode ist mit der Anode einer anderen Diode 5 verbunden, deren Kathode mit einer ßezugsspannungsklemme verbunden ist, welche bei dieser Ausführungsform Masse ist. Eine Ausgangsklemme 6 ist unmittelbar mit dem Emitter des Gleichrichter-Transistors 4 und ein Widerstand 7 ist zwischen den Emitter und Masse als ein Emitter-Verbraucher geschaltet Ein Widerstand 8 ist zwischen eine Stromspeiseklemme + Vcc und die Verbindungsstelle der Dioden

3 und 6 geschaltet

Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 1 kann zunächst so betrachtet werden, wie wenn die Diode 5 und der Widerstand 8 nicht in die Schaltung gescnaltet waren, sondern statt dessen die Anode der Diode 3 unmittelbar mit Masse verbunden wäre. Während des negativen HalbzykJus der Wechselspannung, die an die Schaltung zwischen der Eingangs-Klemme 1 und Erde angelegt ist, würde die Spannung am Kondensator 1 gleich (V₁- Vd), worin V₁ die Amplitude des negativen Halbzyklus der angelegten Spannung darstellt und Vd die Spannung in Flußrichtung oder die Durchlaßspannung der Diode ist. Während des positiven Halbzyklus fließt der Eingangsstrom durch den Kondensator 2 und die Basis-Emitterschaltung des Transistors, so daß ein gleichgerichtetes Signal an der Ausgangsklemme 6 erhalten wird. Die Eingangssignalspannung wird durch die Spannung (V₃- Vd) am Kondensator 2 vorgespannt, um so daß eine Spannung, welche eine Amplitude hat. die fast den zweifachen Wert des Eingangssignals hat, an der Ausgangsklemme 6 vorliegen würde.

Bei einer derartigen Demodulator- bzw. Gleichrichterschaltung wird die Durchlaßspannung Vj der Diode stets von der Eingangsspannung V₃ subtrahiert. Infolgedessen ist fast unmöglich, eine kleine Signalspannung gleichzurichten, die einen Wert unter der Basis-Emitterspannung V^-des Gleichrichter-Trans'Stors 4 liegt. Diese Verzerrung ist so zu korrigieren, daß die Diode 5 in der Gleichrichterschaltung nach Fig. 1 vorgesehen ist, um eine Vorspannung K«/an die als Gleichrichter-Diode arbeitende Diode 3 zu liefern. Als Ergebnis kann ein gleichgerichtetes Ausgangssignal unter dem Spannungswert Vd an der Ausgangsklemme 6 in Abhängigkeit von den Signalen kleiner Amplitude erhalten werden, die an die Eingangsklemme 1 angelegt sind.

Mit einer derartigen Schaltung ist es schwierig, Ergebnisse zu erzielen, die so zufriedenstellen, wie sie erwünscht sind, da es schwierig ist. es so einzurichten, daß die Durchlaßspannung V₁/ der Dioden 3 und 5 mit der Basis-Emitterspannung Vt,_e des Gleichriduertransistors

4 zusammenfällt. Dementsprechend arbeitet die Schal- ao Hing nicht so gut, wenn das Eingangssignal sehr klein ist. Die Verzerrung des gleichgerichteten Signals eines derart niedrigen Wertes ist ziemlich groß.

Erfindungsgemäß wird die Linearität der Demodulator- bzw. Gleichrichterschaltung mittels der in F i g. 2 s>5 gezeigten Schaltung verbessert. Bei der letztgenannten Schaltung ist eine Zenerdiode 12 zwischen die Basis und den Kollektor des als Gleici/richtertransistor verwendeten Transistors 11 geschaltet. Das gleichzurichtende Signal wird an eine Eingangsklemme 13 angelegt, die durch einen Kondensator 14 mit der Basis des Transistors 11 verbunden ist. Der Transistor hat einen Kollektorwiderstand 15, der zwischen den Kollektor und die Stromspeiseklemme 16 mit einer Spannung + Vcc geschaltet ist. Eine Ausgangsklemme 17 ist mit dem Kollektor des Transistors 11 und ein Kondenstor ist zwischen den Kollektor und Erde geschaltet. Ein Emitterwiderstand 19 ist zwischen den Emitter des Transistors und Masse geschaltet.

Nun wird die Arbeitsweise der Demodulatorschaltung nach Fig. 2 unter Bezugnahme auf die in Fig. 3 gezeigte äquivalente Schaltung beschrieben. Bei diesen Schaltungen sind die folgenden Verhältnisse gegeben:

Kv = (Rl + Rc)(I + hf_c)l_B + V_z + V_1x (!) V_c = Kv-- Rl[I + h,_e)h (2)

worin Kr die Spannung an der Stror.>ipeise-Klemme 16 ist, Rl und Ä_cdie Werte der Widerstände r5 bzw. 19 sind und /ader Basisstrom des Transsistors ll.K,,.· die Basis-Emitterspannung des Transistors 11, K? die Zenei spannung der Zenerdiode 12, K die Kollektorspannung des Transistors 11 mit bezug auf Masse und hf_c der Stromverstärkungsfaktor des Transistors 11 ist. Von der Gleichung (1) wird der Basisstrom Ib als:

(1 + h_fe) (Rl+Re)

abgeleitet.

Durch die Substituierung der Gleichung (3) in die Gleichung (2) wird das folgeitde Verhältnis erhalten:

Vc =

Rr

Rl +Re
Falls R_c < R_L, Vc= V_x+ Kv

Rl

Dies bedeutet, daß dann, wenn die ZeneiJiode 12 leitend ist, die Kollektorspannung des Transistors ! 1 bei einer festgelegten Spannung gehalten wird.

Um die Wechselstrom-Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 2 zu verstehen, soll angenommen werden, daß die Basisspannung des Transistors 11 so berechnet ist. daß sie der Zenerdiodenspannung V^der Zenerdiode 12 gleich ist. indem ein geeigneter Widerstandswert für den Emitter-Widerstand 19ausgewählt wird.

Die Zener-Diode 12 führt den Schaltvorgang in Abhär.gigkei; von einem Eingangssignal durch, das zwischen der Eingangsklemme 13 und Masse angelegt ist Während des positiven Halbzyklus des Eingangssignals hat die Impedanz der Diode 12 einen äußerst hohen Wert in dem Bereich von mehreren 100 Kiloohm. Das bedeutet dasselbe. v^:e wenn die Diode 12 sich in einem abgeschalteten Zustand befindet. In diesem Zustand kann die Diode 12 durch einen Schalter im geöffneten Zustand dargestellt werden, wie in F i g. 4 geneigt. Die in F i g. 4A dargestellten Wellenformen zeigen, daß die positiven Halbzyklen eines an die Klemme 13 angelegten sinusförmigen Eiiigai.jssignals ein gleichgerichtetes Halbwcllensignal einer Polarität an der Ausgangsklemme 17 und der entgegengesetzten Polarität an dem [imitier desTransistors Il cr/piiprn

Während der negativen Halbzyklen los an die Eingangsklemme 13 angelegten Eingangssignal wird die Zener-Diode 12 leitend, wobei ihre Impedanz, auf einen sehr niedrigen Wert, beispielsweise auf einen Wert kleiner als 100 Ohm fällt. Dieser Zustand ist in Fig. 4B dargestellt, wobei die schattierten negativen Halbzyklen des sinusförmigen Eingangssignals als kein Ausgangssignal entweder an der Ausgangs-Klemme 17 oder am Emitter des Transistors 11 erzeugend gezeigt sind.

Während der positiven Halbzyklen des Eingangssignas'i und angenommen, daß der Stromverstärkungsfaktor hu- viel größer als 1 ist. ist dementsprechend der Spannungsverstärkungsfaktor A_t bei der Detektorbzw. Gleichrichterschaltung:

10

15

(6)

Das bedeutet, daß das Signal während der positiven Halbzyklen durch den Transistor 11 verstärkt wird und an der Ausgangs-Klemme 17 in der Polarität zur Verfugung steht, welche jener des Signals an der Eingangsklemme 13 entgegengesetzt ist.

Wie in Fig. 4B gezeigt, wird während des negativen Halbzyklus des Eingangssignals an der Eingangs-Klemme 13 eine volle negative Gegenkopplungsschleife durch die Zener-Diode 12 gebildet, so daß der Spannungsverstärkungsfaktor At im wesentlichen auf Null herabgesetzt wird. Damit die Zener-Diode 12 leitend wird, muß zusätzlich die Ausgangs-Klemme 17 eine konstante Spannung (V/ + V^) aufrechterhalten. Die resultierende Wellenform an der Ausgangs-Klemme 17 ist in F i g. 5 gezeigt. Die Wellenform stellt das gleichgerichtete Signal, das sich bei Anlegen eines amplitudenmodulierten Signals an die Eingangsklemme 13 ergibt. Die Wellenform nach F i g. 5 enthält immer noch HaIbz\kiuskompcn'.-nten der Hochfrequenz-Trägerwelle, kann jedoch durch den Kondensator 18 ausgeglättet werden. Wie oben beschrieben, wird die Gleichrichterwirkung der erfindungsgemäßen Schaltung erzielt, indem die Zenercharakteristik der Zener-Diode 12 verwendet wird, so daß sogar dann, wenn eine geringe Spannung an die Eingangsklemme 13 angelegt ist, ein gleichgerichtetes Signal im wesentlichen ohne Verzerrung erhalten werden kann. Der Kennlinicnknick der Zenercharakteristik ist ziemlich scharf und das Ansprechen der Diode linear. Die Demodulator- bzw. Gleichrichterschaitung hat eine gute Linearit.it innerhalb eines großen Bereiches, vobei als Ergebnis der Aussteuerungsbereich von Amplituden der Signale, auf welche die Schaltung ansprechen kann, ziemlich groß ist. Zusätzlich ist der Emitter-Widerstand 19 mit dem Emitter des Transistors 11 verbunden, um eine Strom-Gegenkoppiung an den Transistor anzulegen, welche die Verzerrung des gleichgerichteten Signals weiter reduziert und die Stabilität der Demodulator- bzw. Gleichrichterschaitung verbessert. Es ist durch Versuche bestimmt worden, daß die in F i g. 2 gezeigte Demodulator- bzw. Gleichrichterschaltung gleichgerichtete Signale erzeugen kann, die einen Aussteuerungsbereich von etwa 35 bis 40 db haben.

F i g. 6 zeigt eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, bei welcher der Transistor 11 in Basisschaltung verwendet ist. Wie aus dem Stand der Technik bekannt, ergibt die Basisschaltung eine niedrige impedanz, so daß diese Schaltung insbesondere zur Verwendung bei einer impedanz-Anpassungsschaltung geeignet ist, bei welcher ein Transformator verwendet wird.

Bei dieser Figur ist der Kondensator 14 zwischen die Basis des Transistors 11 und Masse geschaltet, wobei er jedoch immer noch in der Basis-Emittereingangsschaltung des Transistors zwischen der Eingangsklemme 13 und Masse liegt. Die Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 6 ist dieselbe, wie jene der Schaltung nach F i g. 2, wobei sie auf gleiche Weise ein lineares Gleichrichtungsansprechcn auf Signale eines großen Bereiches von Amplituden ergeben kann, die an die Eingangsklemme 13 angelegt sind.

Die Schaltung nach den F i g. 7 und 8 sind ebenso der Schaltung nach Fig. 2 ähnlich, mit Ausnahme, daß die Schaltung nach F i g. 7 eine parallele /?C-Schaltung enthält, welche einen Widerstand 20 und einen Kondensator 21 zwischen dem Emitter-Widerstand 19 und Masse aufweist. Die Schaltung hat auch eine Ausgangsklemme 22, die mit dem Emitter des Transistors 11 verbunden ist. Die Schaltung nach Fig. 8 enthält zwei in Reihe geschnitzt? ni<x!en 23 und 24 ansteüe der parallelen RC-Schaltung nach Fig. 7. Die Schaltungskomponenten zwischen dem unteren Ende des Emitter-Widerstands 19 und Masse ergeben jedenfalls eine relativ festgelegte Spannung, wobei das Signal für die automatische Verstärkungsregelung von der Ausgangsklemme 22 abgeleitet werden kann. Es ist möglich, die relativ festgelegte Spannung am unteren Ende des Widerstands 19 insbesondere bei der Schaltung nach F i g. 8 als eine Vorspannungsquelle Λ*!Γ andere Teile eines Systems zu verwenden, bei welchem die erfindungsgemäße Gleichrichterschaltung nur ein Teil ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Demodulatorschaltung für AM-Signale mit einem Gleichrichtertransistor, der eine Basis, einen Emitter und einen Kollektor hat, wobei die Basis und der Emitter Komponenten einer Eingangsschaltung sind, die ein Eingangssignal, welches gleichzurichten ist, empfängt wobei der Kollektor und der Emitter Komponenten einer Ausgangsschaltung sind und wobei ein nichtlineares Element, über das ein Ausgangssignal aus der Ausgangsschaltung auf die Basis rückgekoppelt wird, vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtlineare Element eine Zenerdiode (12) ist, die zwischen den Kollektor und die Basis geschaltet und derart gepolt ist, daß sie nur dann leitend wird, wenn die Potentialdifferenz zwischen der Basis und dem Kollektor die Zenerspannung überschreitet

2. Demodulatorschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollektor-Beiastungswiderstand (15) und eine Ausgangsklemme (17) mit einem Verbindungspunkt zwischen der Zenerdiode (12) und dem Kollektor verbunden sind.

3. Demodulatorschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Emitter-Widerstand

(19) in Reihenschaltung zwischen den Emitter und eine Bezugsspannungsklemme geschaltet ist

4. Demodulatorschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Eingangsklemme (13) und ein Kc fdensator (14), der mit der Basis in Reihe geschaltet ist, vorgesehen sind und daß das Eingangssignal über die Hingangsklemme (13) und die Bezugsspannungsklemme angelegt wird.

5. Demodulatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsklemme (13) mit dem Emitter verbunden ist, und daß der Kondensator (14) in Reihenschaltung zwischen die Basis und die Bezugsspannungsklemme geschaltet ist.

6. Demodulatorschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (14) in Reihenschaltung zwischen die Eingangsklemme (13) und die Basis gelegt ist.

7. Demodulatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Widerstand

(20) und ein dazu parallelgeschalteter Kondensator

(21) in Reihe zwischen dem Emitterwiderstand (19) und der Bezugsspannungsklemme geschaltet sind.

8. Demodulatorschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung, an der ein fester Spannungsabfall auftritt, in Reihe zwischen dem Emitterwiderstand (19) und der Bezugsspannungsklemme liegt und daß diese, einen festen Spannungsabfall aufweisende Schaltung derart gepolte Dioden (23, 24) umfaßt, daß diese für den die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors (11) durchfließenden Strom in Durchlaßrichtung liegen.